CN112088071B - 机器人组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人组件(1)，其具有：至少四个承载用的结构部件(10)，该结构部件(10)通过布置在两个相邻的结构部件(10)之间的各个关节(20)连接成一链条；和分别配属于各个关节(20)的关节马达(21)，用于使通过相应关节(20)连接的结构部件(10)相对于彼此被驱动地运动。控制装置(40)布置在一结构部件(10)，该结构部件在两侧通过相应的关节连接到相邻的各个结构部件(10)，其中，控制装置(40)被设计用于操控至少三个关节马达(21)，并且被构造为，借助专属于各个关节马达(21)的独立的控制线路(22)来操控从控制装置(40)到各个关节马达(21)所需要的电连接。

Description

机器人组件

技术领域

本发明涉及一种机器人组件。

背景技术

机器人组件，例如工业机器人，通常具有控制装置，该控制装置被设计为，执行用于控制机器人组件的控制程序并输出用于例如使机器人臂执行期望运动的相应控制指令。为了执行期望的运动，机器人臂通常配备有多个马达。通常布置在机器人组件的基座中的控制装置将控制指令转换为用于操控马达的控制信号，例如特定的电压或电压脉冲或脉冲序列。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的机器人组件，特别是将机器人组件的至少一部分设计地更紧凑。

本发明的目的通过一种具有权利要求1所述特征的机器人组件来实现。优选的扩展方案由从属权利要求给出。

根据本发明的一个方面，机器人组件具有：至少四个承载用的结构部件，该结构部件通过分别布置在两个相邻结构部件之间的关节连接成一链条；以及配属于每个关节的关节马达，用于使通过相应关节连接的结构部件相对于彼此被驱动地运动。控制装置被布置在于两侧分别通过相应的关节连接到相邻结构部件的一结构部件中，其中，控制装置被配置为操控至少三个关节马达，并且被构造为，借助于专属于各个关节马达的独立的控制线路(例如控制电缆)来操控从控制装置到各个关节马达所需的电连接。

承载用结构部件，例如转盘，摇臂或机器人臂或机器人手的单个节肢，可以通过布置在它们之间的各个关节被可变地定向和/或定位，例如相对于机器人组件的基座。在此所要执行的运动可以由控制装置、特别是中央控制装置来发起，该中央控制装置例如被设计为集成电路，其中，用于各个单独的关节马达的相应控制信号是由控制装置通过控制线路发出。在此，通过将控制装置布置在于两侧分别通过相应的关节连接到相邻结构部件的一结构部件中，对各个关节来说，可以有利地减少必须被引导通过或者说穿过相应关节的控制线路的数量。

例如，可以省去引导控制线路通过或者说穿过定义了第一机器人轴的第一关节，该第一关节相对于机器人组件的基座可运动地支撑着其余的结构部件。如果控制装置是布置在第二机器人轴之后的结构部件中，则仅有控制装置与用于具有第一机器人轴的关节的关节马达之间的控制线路必须被引导通过或穿过限定了第二机器人轴的第二关节。因此，具有第一机器人轴的关节和具有第二机器人轴的关节都可以被构造为在直径或安装空间方面特别节省空间。这种设想可以延续到去限定另外的机器人轴的关节，从而能够在总体上针对各个关节有利地减少被引导通过相应关节的控制线路的数量。

因此，与控制装置布置在基座中的传统机器人组件相比，根据本发明的技术方案能够使关节的结构更紧凑和/或更纤细。特别是可以将定义了所谓基本轴(即，第一机器人轴和第二机器人轴)的关节设计得更纤细和更紧凑，结果是例如可以减小机器人组件的干扰轮廓。

同时，将控制装置、特别是中央控制装置布置在(相对于基座)可移动的结构部件之一中也使得机器人组件的组装和/或维护变得简单而迅速，因为对于机器人组件的各个关节而言，关节马达的控制电子器件是被有利地集中在一个单独的部件中，特别是在集成电路中。由此可以排除例如可能的费力的故障查找。

下面将对本发明的优选实施方式及其扩展方案进行讨论，除非明确地排除在外，否则这些实施方式及其扩展方案能够任意地相互组合。

在一种优选的实施方式中，至少四个结构部件之一被构造为机器人组件的摇臂，在该结构部件中布置有控制装置。该摇臂优选地通过一个关节与机器人组件的转盘可运动地连接，并且通过另一个关节与机器人组件的机器人臂、特别是与机器人臂的节肢可运动地连接。结果，摇臂至少承载了机器人臂的重量。因此，摇臂由于其特别是相对于机器人组件的机器人臂的节肢的通常相对较高的质量而能够有效地散发由控制装置发出的热量。

有利的是，在该实施例中，用于驱动摇臂相对于转盘或机器人臂运动的两个关节马达不是安装在摇臂中，而是特别地安装在转盘或机器人臂中。由此能够有利地避免，除了来自控制装置的热量之外，还要从摇臂中散出来自关节马达的更多热量。这使得通过摇臂散出控制装置的热量变得特别有效。

在另一种优选的实施方式中，布置在两个相邻结构部件之间的每个关节均分别配属有一关节传感器件，用于采集关节状态并产生相应的传感器信号。控制装置优选地被设计用于处理传感器信号。优选地，传输传感器信号所需的从各个关节传感器件到控制装置的电连接是借助于由专属于各个关节传感器的独立传感器线路(例如传感器线路电缆)构成的。

优选地，关节传感器件包括力矩传感器，该力矩传感器被设置为采集作用在相应关节上的力矩并输出相应的力矩信号。替代地或附加地，关节传感器件还包括分解器(Resolver)，该分解器被设置为采集关节的角位置并输出相应的分解器信号。在此，被设计用于分析这些传感器信号的分析电子器件优选地与用于操控关节马达的控制电子器件一起集成在电路板中，这样做除了节约生产成本之外，还允许在机器人组件内部，也就是在于两侧通过相应的关节与各个相邻的结构部件连接的一结构部件内部，实现特别有利的安放。特别是由此可以简化对分析电子器件与控制电子器件的组装和/或维护。

在另一种优选的实施方式中，控制装置被设置为，在考虑到传感器信号的情况下控制配属于关节的关节马达。特别地，控制装置可以被设置为，基于由关节传感器件产生的传感器信号来产生用于控制关节马达的控制信号。这使得可以将机器人组件的全部功能集成在单个部件中，特别是集成在集成电路中，该集成电路可以有利地布置在于两侧通过相应关节与相应的相邻结构部件相连接的结构部件之一中。这节省了安装空间，否则将不得不为传感器电子器件提供安装空间。

在另一种优选的实施方式中，至少一个关节被构造为倾斜关节(Kippgelenk)，并且至少一条专属于关节马达的独立控制线路和/或至少一条专属于关节传感器件的传感器线路沿着一个围绕该至少一个被构造为倾斜关节的关节的环被引导。由此，控制装置能够可靠地连接到各个关节马达和/或关节传感器件，而不会存在相应的控制线路或传感器线路在结构部件相对于彼此运动时发生损坏的风险。据此，将控制装置布置在于两侧通过相应的关节连接到各个相邻结构部件的结构部件中，对于使控制线路和/或传感器线路以环的形式围绕关节被引导是有利的，因为对于每个关节而言都减少了待引导的控制线路或传感器线路的数量，并因此降低了例如所形成的电缆束的刚度或者关节或关节马达的相关负荷。

在另一种优选的实施方式中，该布置有控制装置的结构部件具有在结构上被设计用于冷却控制装置的冷却装置。该冷却装置特别是可以被设计为，允许用于冷却控制装置的空气流入到该结构部件中。在此，优选地将冷却装置构造为，在机器人组件运动时，特别是在于两侧通过相应的关节与各个相邻的结构部件相连接的结构部件(在该结构部件中布置有控制装置)运动时，用于冷却控制装置的空气流入到该结构部件中和/或被引导到控制装置上。由此能够自动地冷却控制装置。

该冷却装置可以具有例如通风槽，在结构部件运动时，空气通过该通风槽自动地流入到结构部件中。优选地，结构部件的外壁具有至少一个通风槽，优选地具有多个通风槽，特别是在外壁的相对置或者说相对的区域上。如果控制装置例如是布置在机器人组件的摇臂中，则冷却装置可以由摇臂的具有相应通风槽的外壳构成。因此，除了可能的其他的冷却机构之外，控制装置在摇臂的每次运动中都能够被冷却。

在另一种优选的实施方式中，该布置有控制装置的结构部件被构造为壳式结构。优选地，至少该结构部件具有骨骼状结构，在该骨骼状结构处或之上安装有：将该结构部件与各个相邻的结构部件连接起来的两个关节的至少一部分部件；控制装置；控制线路；配属于这两个关节的关节传感器件的至少一部分部件；传感器线路和/或类似物。优选地，该骨骼状结构被可拆卸地紧固在该骨骼状结构上的外壳(作为外壁的优选形式)所覆盖，该外壳在必要时可以具有用于冷却控制装置的通风槽。为了安装和/或维护优选直接布置在外壳下面的控制装置，外壳可以是易于移除的，由此可以快速地实施对控制装置的安装和/或维护。换而言之，控制装置可以被紧固在外壳上或骨骼状结构上。优选地，控制装置可以具有至少一个开关元件，该开关元件被设计成与一互补的开关元件共同作用，以影响控制装置的性能。例如，控制装置可以被紧固在骨骼状结构上并且具有至少一个插接触点、按钮或开关作为开关元件的优选形式，在此，被紧固在骨骼状结构上的外壳具有互补的开关元件，在将外壳布置在骨骼状结构上时，该互补的开关元件会致动开关元件并由此限定控制装置的调整，例如由该控制装置控制的一个或多个驱动器的最大速度，转速，加速度和/或电机电流。有利的是，控制装置可以因此通过更换外壳被简单地配置。显然，也可以将控制装置紧固在外壳上，而将互补的开关元件紧固在骨骼状结构上。由此，在根据由骨骼状结构或机器人所引起的边缘条件发生变化的情况下，控制装置可以有利地被自动配置。

在另一种优选的实施方式中，在布置有控制装置的结构部件中，除了控制装置之外还布置有至少一个另外的电子部件，特别是另外的集成电路。该至少一个另外的电子部件优选地连接到控制装置。控制装置特别是可以例如在其功能方面借助于该至少一个另外的电子部件加以扩展。例如，被构造为电路板的控制装置可以安装在沿着结构部件的骨骼状结构的一侧的区域中，而该另外的电子部件则安装在相对置的一侧。替代地或附加地，控制装置可以被安装在骨骼状结构周围的区域中，而另外的电子部件则安装在沿着骨骼状结构的另外的区域中。因此，机器人组件的、特别是控制装置的模块化设计使得能够特别有效地利用布置有控制装置的结构部件中的安装空间。

例如用于提供所谓“触觉皮肤”的附加的传感器件可以由承载用结构部件来收纳并且与控制装置连接，以便扩展机器人组件的功能，通过该附加的传感器件可以采集额外的、未作用在关节或关节马达上的力或力矩。

特别优选地，将控制装置布置在机器人组件的摇臂中，并且将其尺寸相对于摇臂确定为，使得在摇臂中有足够的安装空间提供给另外的电子部件。将另外的电子部件收纳在摇臂中而不是例如在机器人组件的机器人臂的节肢中，能够避免机器人臂的质量增加，并因此防止机器人臂的惯性增加，从而使得摇臂与限定了第三机器人轴的机器人臂之间的关节上的负荷和/或限定了其它的机器人轴的其它关节的负荷可以被最小化。

附图说明

本发明的其它的优点和特征由从属权利要求和实施例给出。为此局部示意性示出了：

图1以侧视图示出了根据本发明的实施例的机器人组件；

图2示出了机器人组件的连接成一链条的结构部件以及布置在这些结构部件之一中的控制装置；和

图3示出了被构造为摇臂的结构部件，在该结构部件中布置有用于控制关节马达的控制装置。

具体实施方式

图1以侧视图示出了根据本发明实施例的机器人组件1。机器人组件1具有多个承载用的结构部件10，其中，每两个相邻的结构部件10通过至少一个关节20可运动地相互连接。在此，承载用结构部件10特别是构成了关节20之间的刚性连接。使得相连接的结构部件10能够围绕垂直于视图平面的机器人轴A2、A3、A5运动的关节20用圆圈来表示。使得相连接的结构部件10围绕位于视图平面中的机器人轴A1、A4、A6运动的关节20用阴影线示出。

承载用结构部件10特别是可以被设计为基座11、摇臂12、机器人臂13和转盘15。机器人臂13承载着具有多个节肢14a-c的机器人手14，这些节肢可以连接到工具30。通过配属于关节20的关节马达(见图2)，结构部件10可以彼此独立地运动，并因此将工具30带入所期望的方向或位置。在此，每个关节20均能够使结构部件10围绕由关节20限定的机器人轴A1-A6而相对于相邻的结构部件10运动。

优选地，机器人组件1的至少三个关节马达、优选为所有的关节马达是由中央控制装置40来操控。为了将在此由控制装置40产生的控制信号传输到关节马达，设置控制线路(见图2)，该控制线路延伸穿过结构部件10并且将控制装置40与各个关节马达相连接。

中央控制装置40优选地由结构部件10之一承载，该结构部件在两侧通过关节20与相邻的结构部件10连接。由此，可以有利地减少必须被引导绕过或穿过将承载着控制装置40的结构部件10与相邻的结构部件10连接的关节20的控制线路的数量。

在所示出的示例中，控制装置40是布置在摇臂12中，该摇臂通过一关节20连接到转盘15，并通过另一关节20连接到机器人臂13。因此，只有位于控制装置40与配属于具有第一机器人轴A1的关节20的关节马达之间的控制线路被引导通过或穿过第二机器人轴A2上的关节20。如果配属于具有第二机器人轴A2的关节20的关节马达被布置在转盘15中或之上，则必要时附加地将控制装置40与该关节马达之间的控制线路引导通过该具有第二机器人轴的关节20。另一方面，控制装置40与配属于具有第三至第六机器人轴A3-A6的关节20的另外的关节马达之间的控制线路是不延伸通过第二机器人轴A2上的关节20。因此，具有也被成为基本轴的第一和第二机器人轴A1、A2的关节20可以被构造为纤细且紧凑的，由此减小了机器人组件1的干扰轮廓。相反，在将控制装置布置在基座11中的常规布置(未示出)中，这些控制线路中的每一个均必须被引导通过具有第一和第二机器人轴A1、A2的关节20。

图2示出了机器人组件1的通过三个关节20连接成一链条的四个结构部件10以及布置在这些结构部件10之一中的控制装置40，该控制装置用于控制配属于关节20的关节马达21。每个关节马达21均被设计为，驱动通过关节20连接的两个结构部件10的相对运动。

在此，每个关节马达21均优选地布置在两个结构部件10之一上，这两个结构部件通过配属有关节马达21的关节20相连接。优选地，每个关节马达21均被布置在两个结构部件10之一的面向所连接的关节20的端部上。替代地，至少一个关节马达也可以是由该关节马达所驱动的运动来致动的相应关节20的一部分，并且可以布置在该关节20中或者被集成在该关节20中(未示出)。

在所示出的示例中，配属于关节20的关节马达21是分别布置在通过相关关节20与相邻结构部件10相连接的结构部件10的面向相关关节20的端部上。

控制装置40是通过各自的专用控制线路22连接到各个关节马达21。为了使控制装置40也能够连接到这样的关节马达21：即，该关节马达不是布置在其上或其中设置有控制装置的结构部件10之中或之上，控制线路22优选地通过一围绕关节20的环22a被引导。然而，替代地，控制线路22也可以通过延伸穿过相应关节20的关节贯通部22b被引导。

由于控制装置40是被布置在于两侧分别通过一关节20与相邻的结构部件10相连接的结构部件10中，即，该结构部件不构成链条的一端，因此可以有利地减少通过环22a或穿过关节贯通部22b被引导的控制线路22的数量，特别是在将布置有控制装置40的结构部件10连接到相邻的结构部件10的两个关节20的区域中。

在所示出的示例中，仅有一条控制线路22必须被引导绕过或穿过将布置有控制装置40的结构部件10连接到两个相邻的结构部件10的两个关节20。如果控制装置40是布置在形成链条的一端的结构部件10中，则至少有两条控制线路22必须被引导通过或穿过将该结构部件10连接到相邻的结构部件10的关节20。

每个关节20均配属有一关节传感器件23，其中，每个关节传感器件23均是通过专用的传感器线路24连接到控制装置40。为了清楚起见，在此仅绘出了一条传感器线路24。每个关节传感器件23均被设计为，采集相应的关节20的状态，例如关节的转动角度或作用在关节20上的力矩，并通过相应的传感器线路24将相应的传感器信号传输给控制装置40。根据该传感器信号，控制装置40可以对关节马达21进行适应于情况的控制，以便例如避免在碰撞时损坏机器人组件1的部件。例如，当采集作用在一关节20上的并且表征碰撞的力矩时，可以停止由关节马达21驱动的运动。

传感器线路24优选地类似于控制线路22、特别是与控制线路22一起被被引导绕过或穿过关节20。因此，前述的将控制装置40布置在于两侧通过两个关节20连接到相邻的结构部件10的结构部件10中的优点，即减少了被引导通过关节20的控制线路22的数量，也适用于传感器线路24。

图3示出了构造为摇臂12的结构部件10，在该结构部件中设置有用于控制关节马达的控制装置40(见图2)。这些关节马达被分配给关节20，并且被设计用于驱动摇臂相对于相邻结构部件(未示出)的运动，这些相邻的结构部件通过关节20与摇臂12相连接。

在所示出的示例中，摇臂12被构造为壳式结构，即，其具有由金属承载件构成的骨骼状结构17，该骨骼状结构被可松脱地连接到骨骼状结构17的外壳18覆盖。控制装置40被安装在外壳18的下方，例如安装在骨骼状结构17上。外壳18可以为了维护目的而被很容易地移除，从而接近控制单元40。

在外壳18中集成了通风槽形式的冷却装置50，用于冷却控制装置40。该通风槽被嵌入到外壳18的与控制装置40相对置的一侧，从而当摇臂12运动时，空气可以流过通风槽并将控制装置40所产生的热量带有。

此外，控制装置40所产生的热量也可以通过骨骼状结构17被带走，为此，骨骼状结构17优选用导热性能良好的材料制成。在此特别有利的是，配属于关节20的关节马达不是布置在摇臂12中，而是布置在通过关节20与摇臂12连接的相邻的其他结构部件中，因为这样一来，由控制装置40产生的热量和由关节马达产生的热量就不会积聚起来，或者由控制装置40产生的热量就无法传递到关节马达中，反之亦然。

将控制装置40布置在摇臂12中也是有利的，因为在外壳18下方有足够的空间，在该空间中，另外的电子部件(未示出)，例如另外的传感器，可以布置在控制装置40旁边并与其连接。

尽管在前面的描述中已经阐释了示例性的实施方式，但是应该指出的是，还可能存在很多的变型。此外还应指出的是，这些示例性的实施方式仅仅是举例，其不应对保护范围、应用和结构形成任何限制。相反，通过前面的描述能够赋予本领域技术人员实现对至少一个示例性实施方式进行转换的教导，在不脱离本发明保护范围的情况下，可以实现特别是关于所述部件的功能和布置的各种变化，例如可以根据权利要求和等效的特征组合获得。

附图标记列表

1 机器人组件

10 结构部件

11 基座

12 摇臂

13 机器人臂

14 机器人手

14a-d 节肢

15 转盘

17 结构

18 外壳

20 关节

21 关节马达

22 控制线路

22a 环

22b 关节贯通部

23 关节传感器件

24 传感器线路

30 工具

40 控制装置

50 冷却装置

A1-A6 机器人轴。

Claims (12)

1.一种机器人组件(1)，具有：

至少四个承载用的结构部件(10)，其中，所述结构部件(10)通过布置在两个相邻的所述结构部件(10)之间的各个关节(20)连接成一链条；

分别配属于各个所述关节(20)的关节马达(21)，用于使通过相应的关节(20)彼此连接的结构部件(10)相对于彼此被驱动的运动；以及

控制装置(40)，其被布置在一结构部件(10)中，该结构部件在两侧分别通过相应的关节(20)连接到相邻的结构部件(10)；

其中，所述控制装置(40)被配置为操控至少三个所述关节马达(21)，并且被构造为，借助于专属于各个关节马达(21)的独立的控制线路(22)来操控从所述控制装置(40)到各个被操控的关节马达(21)所需要的电连接，

其中，在所述控制装置(40)中具有至少一个开关元件，该开关元件被设计为，与互补的开关元件共同作用，以影响所述控制装置(40)的性能，

其中，所述控制装置(40)被紧固在骨骼状结构上，其中，能够被紧固在所述骨骼状结构上的一外壳具有互补的开关元件，在将该外壳布置在所述骨骼状结构上时，该互补的开关元件致动所述开关元件。

2.根据权利要求1所述的机器人组件(1)，其中，所述至少四个结构部件(10)中的布置有所述控制装置(40)的一个结构部件被构造为摇臂(12)。

3.根据权利要求1或2所述的机器人组件(1)，其中：

布置在所述结构部件(10)中的两个相邻结构部件之间的各个关节(20)分别配属有关节传感器件(23)，用于采集关节状态并产生相应的传感器信号；

所述控制装置(40)被设计用于处理所述传感器信号；并且

传输所述传感器信号所需的从各个所述关节传感器件(23)到所述控制装置(40)的电连接是借助专属于相应的关节传感器件(23)的、独立的传感器线路(24)来构成的。

4.根据权利要求3所述的机器人组件，其中，所述控制装置(40)被设计为，在考虑到所述传感器信号的情况下控制配属于所述关节(20)的关节马达(21)。

5.根据权利要求1或2所述的机器人组件(1)，其中，至少一个所述关节(20)被构造为倾斜关节，并且至少一条专属于一关节马达(21)的单独的控制线路(22)和/或至少一条专属于一关节传感器件(23)的传感器线路(24)被引导通过一围绕至少一个被构造为倾斜关节的关节(20)的环(22a)。

6.根据权利要求1或2所述的机器人组件(1)，其中，布置有所述控制装置(40)的结构部件(10)具有在结构上被设计用于冷却所述控制装置(40)的冷却装置(50)。

7.根据权利要求6所述的机器人组件(1)，其中，所述冷却装置(50)具有至少一个通风槽。

8.根据权利要求7所述的机器人组件(1)，其中，至少一个所述通风槽被布置在外壁中。

9.根据权利要求1或2所述的机器人组件(1)，其中，布置有所述控制装置(40)的结构部件(10)被构造为壳式结构。

10.根据权利要求1或2所述的机器人组件(1)，其中，在布置有所述控制装置(40)的结构部件(10)中，除了所述控制装置(40)之外，还布置有至少一个另外的电子部件，用于处理和/或产生电信号，并且至少一个所述另外的电子部件与所述控制装置连接。

11.根据权利要求10所述的机器人组件(1)，其中，所述电信号是另外的传感器信号。

12.根据权利要求1或2所述的机器人组件(1)，其中，所述控制装置(40)被紧固在能够被紧固在所述骨骼状结构上的一外壳上，并且其中，所述骨骼状结构具有至少一个互补的开关元件，在将该外壳布置在所述骨骼状结构上时，该互补的开关元件致动所述开关元件。